濕式電除塵器控制系統的應用

文_吳華秀 福建龍凈環保股份有限公司

粉塵排放作為大氣污染治理主要污染物之一，受到越來越嚴格的控制，如《煤電節能減排升級與改造行動計劃（2014-2020年）》行動計劃提出東、中部地區新建燃煤發電機組在6%基準含氧量下，煙塵排放不高于10mg/Nm3。濕式電除塵器因其具有粉塵適應能力強、除塵效率高等特點在燃煤電廠得到了廣泛的應用，同時，濕電對微細顆粒物、重金屬、有機污染物等污染物也具有很好的捕集效果，在非電領域也運用很廣。

雖然濕式電除塵器的工作原理與干式電除塵器的工作原理類似，都是通過高壓電暈放電使粉塵荷電，從而在電場力的作用下達到捕集的效果。但是由于濕式電除塵器有“水”的介入，產生了質的區別，例如：濕式電除塵器采用噴淋方式代替了傳統的振打清灰，增加了噴淋清灰供水的供水系統和污水循環系統,這就意味著與之相適應的電氣控制系統也不一樣。因此，控制系統的合理設計對于濕式電除塵器高效、穩定運行和節能降耗具有重要的意義。

本文分析和探討了濕電高壓電控系統、低壓電控系統和設備監控管理應用及實踐，可為工程設計、運行、改造提供參考。

1 高壓控制系統

高壓控制系統是大功率可控硅移相控制技術、IGBT驅動控制技術、微機控制技術的集成。它能夠實現對高壓電源的電流、電壓、火花率等運行參數跟蹤監測、自動控制及故障報警。在高壓控制系統作用下，濕電收塵區形成了高壓場強，粉塵荷電并在電場力的作用下移動至收塵板。由于濕電粉塵具有粒徑小、比電阻小、濕度大等特性，因此，高壓電源除了要考慮到具備良好的閃絡控制特性、較高的功率因數和效率、較小的電源紋波系數，還要具備脈沖供電且供電間歇比可調。從表1及實踐結果來看，高頻電源可以給濕電提供從純直流到脈動幅度很大的各種電壓波形，當高頻電源純直流供電時，輸出直流電壓比工頻電源平均電壓要高約30%，這對于提高濕電的除塵效率是有利的。

表1 三種電源比較

基于設備運行及維護的智能化、信息化考慮，高壓控制系統的設計應滿足以下幾個方面的功能：

①應實時監控輸入電壓電流及變壓器二次電壓電流、油溫、逆變或功率器件等重要信號及器件的狀態。

②系統要同時實現負載短路保護、過流保護、超溫保護及開路保護等功能，并根據不同的危險程度自動采取停機、報警以實現自我保護控制。

③實時顯示并記錄運行數據信息，為設備維護和管理提供數據支撐。

2 低壓控制系統

不同于干式電除塵器，濕電低壓控制系統主要包括水系統和吹掃加熱系統。其中，水系統實現了自動噴淋沖洗及水的循環利用；熱風吹掃系統主要在保溫箱內營造一個高溫微正壓的環境，避免濕煙氣進入保溫箱，保證陰極承壓絕緣子的干燥，避免結露爬電現象。

2.1 水循環控制系統

水循環控制系統（圖1）既保證了濕電收塵極板清潔，高壓系統穩定無火花運行，又清除了水中的粉塵，中和了pH，實現了粉塵等其他污染物全過程污染控制，使系統內水循環利用、節約了企業的運行成本，尤其在大機組工程應用中，表現更為突出。

水循環控制系統由補水系統、循環噴淋系統、清灰噴淋沖洗系統、過濾和加堿系統等組成。沖洗水經過噴淋系統后，含有大量酸性物質和細微顆粒物，直接排放會產生二次污染，為解決二次污染和水耗問題，需要在PLC內編程來實現各子系統邏輯及聯鎖：

①酸堿中和主要通過加堿系統來完成，因此，PLC要根據現場pH值控制加堿泵運轉，以保持循環水pH值在設定范圍內。

②采用過濾器過濾水中的雜質、灰塵實現固液分離，通過監測過濾器前后壓差實現過濾和自清洗控制。

③補水控制系統根據液位監控來實現自動開啟或關閉補水電動蝶閥，使液位控制在合理范圍內。

④噴淋控制系統通過對水壓的控制和噴嘴處壓力反饋實現噴淋水的霧化，以保證濕電內部陰陽極系統達到最佳沖洗效果。

⑤通過對進口煙溫監測，實現觸發報警功能，提醒人工降溫或強制降溫，直至煙溫正常后，系統自動恢復正常狀態。

圖1 濕電水系統框圖

2.2 吹掃加熱系統

由于電場內部均是飽和濕煙氣，為了避免瓷缸結露受潮引起電場短路和磁缸爬電開裂，需要設計一套熱風吹掃系統（圖2）來實現瓷缸干燥，這是保證濕電正常運行的關鍵。為防止加熱灌局部溫度過高，控制系統應注意熱風吹掃系統和加熱系統聯鎖，即啟動的先后順序。工程實踐表明，吹掃加熱系統既解決了保溫箱內因低溫、水汽使瓷缸結露的問題，也避免了無限制的加熱造成的加熱器使用壽命降低及能源浪費，實現保護節能的雙重功效。

圖2 熱風吹掃系統示意圖

3 智能上位機系統

隨著科技的發展，跨平臺上位機監控系統可隨時隨地查看和接收來自設備的重要數據和實時報警信息，大大減輕了運維壓力和處理問題的效率，重要數據還可以和工廠的ERP系統整合，自動實時調整運行控制參數。故完善的上位機系統對于濕電系統的高效穩定運行以及工廠節能降耗具有重要的實際意義。為加強對濕電整體運行狀態的監控管理，確保設備故障能夠得到及時發現和處理，根據運行實踐經驗，可以通過智能上位機系統的以下3種功能要求來實現：

①人機交互和數據報警報表等功能。人機交互應以各種動畫、圖形、表格報表、曲線、文本等形式在畫面上顯示，以生動形象的展現出各系統的運行數據及狀態，最大限度地方便運維人員發現和排除故障。同時，數據報警報表的設計應具有持續性、可靠性、實時性、完整性，為后續的檢修分析提供數據支撐。

②AI功能?；?G物聯網，通過采集濕電運行參數，建立基于大數據持續優化的動態控制模型，實現濕電排放口粉塵排放指標與高低壓系統閉環控制。通過動態控制模型實現噴淋沖洗周期和時長的動態調整，縮短粉塵在極板表面的停留時間減輕對極板腐蝕，緩解粉塵在極板結垢。

③跨平臺監控功能。通過N2N網關連接云端服務器，實現手機移動端或PC端在線監控，獲取重要數據報表，實現對設備的遠程監控。這種跨平臺監控功能能夠有效突破時空限制實時獲取設備各系統運行狀態，根據現場反饋的數據信息，通過遠程操作判斷并排除設備故障。

4 結語

濕式電除塵器因其具有粉塵適應能力強、除塵效率高等優點，在電力和非電領域都得到了廣泛應用。相比于干式電除塵器，濕電工作環境有明顯的不同，高頻電源純直流供電對于提高濕電的除塵效率是有利的；設計一套與之匹配的控制系統對于提高設備運行、提升自動化程度、節能減排具有重要的實際意義。隨著排放要求的趨嚴，濕電的控制系統也需要進一步的完善和提升，特別是加強對水循環控制系統設計的提升與改進有助于濕電系統達到高效節能節水的效果，為工業生產帶來更多經濟效益和社會效益。